【深度報告】綜合能源系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用探討

絲甲由一.綜合能源介紹二.綜合能源如何做三.關(guān)鍵技術(shù)介紹四.實施建議電冷熱水汽第電冷熱水汽第智慧集成智慧集成傳統(tǒng)齡源◆橫向“電、熱、冷、氣、水、氫‘多品質(zhì)能源供應(yīng)◆縱向“源+網(wǎng)+荷+儲+用”環(huán)節(jié)互相優(yōu)化◆互聯(lián)形成高效、清潔、低碳、安全特征的能源互1、可再生能源最大什t2、提高能源綜合利用雙豐。充電樁充電樁儲電兇租層地?zé)峁虘B(tài)生物質(zhì)電負(fù)荷電負(fù)荷風(fēng)電光伏風(fēng)電光伏儲電電熱鍋電熱鍋爐熱泵熱泵冷負(fù)荷熱負(fù)荷冷負(fù)荷熱負(fù)荷氫負(fù)荷汽負(fù)荷氣負(fù)荷熱網(wǎng)熱網(wǎng)地?zé)醿岬責(zé)醿崽柲芄犭娊庵萍淄槿細忮仩t生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)天然氣管網(wǎng)天然氣管網(wǎng)儲氣中心安至區(qū)場環(huán)境同結(jié)集成技術(shù)數(shù)字牢生巨維技術(shù)感知層熱大屏展示PC第熱榴宇同區(qū)網(wǎng)絡(luò)層云平臺無線專網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)層鼎應(yīng)用功能供能端監(jiān)管用能演監(jiān)管互補分析負(fù)荷測網(wǎng)解調(diào)控智能監(jiān)盤及預(yù)警能量利用率分析……用能現(xiàn)控設(shè)備全濤命周期管理電能文易碳文易熱文易熱文易餃易方向一大型能源基地(多能互補)風(fēng)能、太陽能、水電、煤電、核能、天然氣互相融合聯(lián)合輸出，以電能為主的能源基地。智慧火電、智慧風(fēng)電智慧光伏、智慧儲能能源互補實現(xiàn)不同類型能量之間的能量互補、深度融合網(wǎng)源友好提供滿足電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式接入、啟動電力市場以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運行多能源聚合，形成穩(wěn)定、可控的“虛擬電廠”。實現(xiàn)能源、人員、設(shè)備、資源：4、綜合能源系統(tǒng)應(yīng)用場景方向二面向終端用戶(源網(wǎng)荷儲用)面向終端用戶電、熱、冷、汽、氫等多種用能需求，因地制宜、統(tǒng)籌開發(fā)、傳統(tǒng)能源和新能源互補利用，優(yōu)化布局建設(shè)一體化集成供能基礎(chǔ)設(shè)施，通過分布式可再生能源和能源智能微網(wǎng)等方式，實現(xiàn)多能協(xié)同供應(yīng)和能源綜合梯級利用。場景多樣，如智慧城鎮(zhèn)型、產(chǎn)業(yè)園區(qū)型(工業(yè)園區(qū)、港口、高鐵站、島嶼、社區(qū)等)、集群樓宇型(學(xué)校、醫(yī)院、綜合商業(yè)、場站等)。1面向需求以滿足終端用戶的能源需求為目標(biāo)，宜電則電、面向需求以滿足終端用戶的能源需求為目標(biāo)，宜電則電、需熱供熱、宜汽則汽，宜氫則氫、從需求出發(fā)不單單是供給側(cè)的建設(shè)和改造，在儲能側(cè)、負(fù)技術(shù)方結(jié)合區(qū)域資源，開實現(xiàn)不同類型能量之間實現(xiàn)不同類型能量之間的能量互補、深度融合滿足目標(biāo)供給側(cè)火電等常規(guī)能源+可再生能源可再生能源+市電為輔因可再生能源較多，能源品種也較多，因此儲能種類較多，容量適中。需求側(cè)電、汽、熱、氫(體量大、參數(shù)少)冷、熱、電(體量較小、參數(shù)多)工業(yè)用能，基本以電能為主居民、商業(yè)組團多種用能為主發(fā)電分布式新能源風(fēng)電、光伏、地?zé)岷咸峁?。機場、大型展館、商業(yè)綜合體、醫(yī)院、大學(xué)城、工業(yè)園區(qū)等，能源法制法規(guī)逐步完善。電力市場及能源市場相關(guān)法制法規(guī)尚不完善，基本是示范項目。2、政策尚不明確，如補貼。1、綜合能源系統(tǒng)進行整體規(guī)劃設(shè)計，無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，也無評判原則。2、各種能源目前簡單組合，尚無法達到深度耦合的層面。3、綜合性的智慧能源管控云平臺未大規(guī)模深層次展開。4、多能管理協(xié)調(diào)控制技術(shù)亟待重大突破，處于淺層的負(fù)荷互補。5、需要初投資低、能量密度高、循環(huán)壽命長的新型儲能產(chǎn)品。1、供能多元化，也帶來初次設(shè)備、管理成本上升，較傳統(tǒng)能源供應(yīng)成本增加。2、政府層面要求降低能源價格，降低民生用能成本，企業(yè)控制成本，提高經(jīng)濟的活力和競爭力?？稍偕吞寄茉磧r格相對固定，增加的環(huán)保成本并沒有傳導(dǎo)給終端消費者。3、項目從立項和規(guī)劃階段，經(jīng)濟性矛盾突出，未能從產(chǎn)、輸、用全產(chǎn)業(yè)投資成本無法收回。匯報內(nèi)容匯報內(nèi)容一.綜合能源介紹二.綜合能源如何做二.綜合能源如何做三.關(guān)鍵技術(shù)介紹以電源側(cè)綜合能源基地為例，如風(fēng)光(火)儲氫能源基地，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H資源，總體是以電能穩(wěn)定輸出為主，多元能源需求應(yīng)結(jié)合實際需求，通過提升新能源消納途徑，以收益最大化為目標(biāo)，結(jié)合能源供應(yīng)條件(距離、容量),需熱產(chǎn)熱、需汽輸汽、需氫制氫，合理搭配相應(yīng)儲能方式，開展綜合能源發(fā)展模式，實現(xiàn)多源收益。供熱規(guī)劃規(guī)劃供汽規(guī)劃規(guī)劃多能互補需要用整體的眼光規(guī)劃，利于多能互補系統(tǒng)的構(gòu)建，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建的區(qū)1、整體規(guī)劃以電源側(cè)綜合能源基地為例。綜合能源系統(tǒng)整體規(guī)劃綜合預(yù)測(供能、用能)綜合預(yù)測(供能、用能)整體平衡系統(tǒng)優(yōu)化單項預(yù)測規(guī)劃辦法單項平衡規(guī)劃辦法單項優(yōu)化源供應(yīng)熱力系統(tǒng)氫能系統(tǒng)煤炭風(fēng)能燃煤機組光伏電熱電熱汽氫冷能源使用用戶商業(yè)用戶余熱垃圾1、綜合能源系統(tǒng)涉及到區(qū)域內(nèi)的各種能源，涉及能源從生產(chǎn)、轉(zhuǎn)化、傳輸?shù)绞褂玫娜^程，明確系統(tǒng)邊界。2、利用能源的特性，相互補充，同時利用負(fù)荷的品位要求，3、資源和能源需求因地制宜?；パa型運行方式規(guī)劃劃多能流互補型運行方式規(guī)劃劃規(guī)劃預(yù)測規(guī)劃預(yù)測分析負(fù)荷曲線分析積累邊界條件分析負(fù)荷曲線分析積累邊界條件系統(tǒng)配置方案要素分析地條地條匯報內(nèi)容匯報內(nèi)容一.綜合能源介紹二.綜合能源如何做三.關(guān)鍵技術(shù)介紹三.關(guān)鍵技術(shù)介紹多需求綜合能源系統(tǒng)涉及到源、網(wǎng)、儲、荷、用全過程，不同的能源站有不同的特點，不同負(fù)荷多能流由多種能流系統(tǒng)組成，各種能量品質(zhì)不一樣，不同能流系統(tǒng)耦合在一起。傳統(tǒng)單能流系統(tǒng)多能互補系統(tǒng)具有顯著不同的動態(tài)過程，體現(xiàn)在不同的時間尺度上。電力系統(tǒng)的慣性最小(毫秒級),調(diào)節(jié)速度最快；熱力系統(tǒng)慣性最大(小時級),響應(yīng)慢。多技術(shù)2、核心技術(shù)-多尺度協(xié)調(diào)互補技術(shù)以風(fēng)光水大型能源基地為例，研究風(fēng)電、光伏和水電的多尺度協(xié)調(diào)互補應(yīng)用方法，探索相應(yīng)的風(fēng)光水能源優(yōu)化配置方案，實現(xiàn)最大程度提升新能源綜合利用效率，加強發(fā)電企業(yè)盈利能力。提取隨機變量進行拉丁超立方抽樣，完成風(fēng)電、光伏發(fā)電中長期出力模擬；>基于小波分解的ARIMA算法進行水電站徑流預(yù)測，完成水電中長期出力模擬；完成風(fēng)光水多能源系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性評估；提出全場景可行性算法，完成風(fēng)光水多能源系統(tǒng)中長期優(yōu)化調(diào)度；2、核心技術(shù)-多尺度協(xié)調(diào)互補技術(shù)(a)歷史風(fēng)速(b)仿真風(fēng)速歷史風(fēng)速與仿真風(fēng)速對比時間/h指指覆具度/wm時間/h時間/h光伏中長期出力模擬結(jié)柔2、核心技術(shù)-多尺度協(xié)調(diào)互補技術(shù)二預(yù)測方法平均絕對誤差均方根誤差平均絕對百分誤差A(yù)RIMA算法小波ARIMA算法開始開始輸入4×8760×N維度的場景集合生成風(fēng)光水的故障狀態(tài)時序?qū)︼L(fēng)電和光伏出力序列進行故障狀態(tài)修正根據(jù)水電調(diào)度策略逐時段求解水電出力水電逐時段調(diào)度中進行故障狀態(tài)的出力修正獲得各電源出力時間序列計算評價指標(biāo)風(fēng)光水多能互補系統(tǒng)序貫列序號性列序號性40T6m241mm06551m4T19實例號A2284I72D2K90%o42、核心技術(shù)-多尺度協(xié)調(diào)互補技術(shù)全場景可行調(diào)度模型目標(biāo)函數(shù)中長期調(diào)度問題短期預(yù)調(diào)度問題短期預(yù)調(diào)度問題構(gòu)造中長期預(yù)調(diào)度問題可行解長期經(jīng)濟分配問題短期經(jīng)濟分配問題短期經(jīng)濟分配問題構(gòu)造中長期經(jīng)濟分配問題可行解基于并行周期分裂算法的中長期協(xié)同調(diào)度算法框架圖SH5(,sGS(m,m3ATGhfmfKsaspu.p2并行周期分裂算法示意圖安全范圍安全范圍t構(gòu)建可行解的依據(jù)示意圖2、核心技術(shù)-多尺度協(xié)調(diào)互補技術(shù)風(fēng)光優(yōu)先消納目標(biāo)函數(shù)經(jīng)濟性最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)Obj=sum(P_wind**price_windon+P_2、核心技術(shù)-多尺度協(xié)調(diào)互補技術(shù)3、核心問題-儲能技術(shù)超級電容儲熱熔鹽儲熱錢格液流電池納離子電池燃料電池各類儲能技術(shù)能量密度比較儲能功率儲能功率3、核心問題-儲能技術(shù)包含火(水)電等大型調(diào)峰發(fā)電從基地自身資源稟賦具備鹽穴壓縮空氣儲能實施條件和礦井、廢舊坑道以及具備深井建設(shè)條件具備大型燃煤火電機組具備燃氣發(fā)電機組具備退役火力發(fā)電廠從電網(wǎng)要求方面出發(fā)儲能時長在4h以下儲能時長在4h以上3、核心問題-儲能技術(shù)峰谷套利/輔助服務(wù)成本電價△321△+8△出△△米△口x△0年利用小時數(shù)鉛酸疏o液流十程離子有充電成本的情況下，短時間儲能技術(shù)中鋰離子電池具有一定的優(yōu)勢，如果有抽水蓄能的實施場景下，采用抽水蓄能經(jīng)濟性更優(yōu)。1200MW,2h,成本電價：0元/kWh可再生能源棄電回收xxx0米米x△1年利用小時數(shù)在0元充電的棄電回收場景下，肌件儲能葉門小T水如果具備實施條件，依然推薦能、抽水蓄能及壓縮空氣儲能寺新坐儲能投不。3、核心問題-儲能技術(shù)2年利用小時數(shù)響因素。0.3元/kWh的成本下，60%儲能效率的熔鹽儲能技術(shù)具有更優(yōu)的經(jīng)濟效益?？稍偕茉礂夒娀厥诊L(fēng)電420MW,光伏2020MW,火電1000MW→棄電率8.23%,儲能需求488MW×4h—風(fēng)電電原火電負(fù)荷棄風(fēng)棄光(調(diào)峰)裝機不足(頂峰)0財務(wù)指標(biāo)收益來源參與輔助服務(wù)投資總金額(億元)單位收益(元/kWh)年均凈利潤(億元/年)電費單價(元/kWh)財務(wù)內(nèi)部收益率利用小時數(shù)(h)投資回收期(年)一可再生能源總棄電調(diào)峰基本解決火電機組調(diào)節(jié)棄電大幅下降匯報內(nèi)容匯報內(nèi)容一.綜合能源介紹二.綜合能源如何做三.關(guān)鍵技術(shù)介紹四.實施建議四.實施建議1、綜合能源涉及的領(lǐng)域眾多，需要長期跟蹤項目需求和必要性。a)政策組負(fù)責(zé)跟蹤研究國家、省市及區(qū)域政策。與電網(wǎng)等公司談判磋商涉網(wǎng)、容量儲b)用戶接洽組負(fù)責(zé)評估服務(wù)用戶的用能種類及強度，跟蹤確認(rèn)服務(wù)用戶的負(fù)荷，可開c)商業(yè)模式組負(fù)責(zé)了解服務(wù)用戶的用能特點，制定具有針對性的服務(wù)和商務(wù)模式。d)資源與規(guī)劃組負(fù)責(zé)開發(fā)區(qū)域資源信息，根據(jù)用戶需求和負(fù)荷，開展系統(tǒng)初步規(guī)劃。3、盈利能力是工程的重要指標(biāo)，根據(jù)項目性質(zhì)(如科研、示范、商業(yè)),明確突出目標(biāo)，進行技經(jīng)評估時需要客觀評價和突出重點。4、綜合能源工程包含能源項目較多，負(fù)荷多變，方案優(yōu)化。因此規(guī)劃及可研設(shè)計宜分開進行，可整體規(guī)劃，分項目逐步實施，使得項目有先有后，總體有序從電能儲存上來看，主要是基于限電因素，結(jié)合電能儲存技術(shù)，加大新能源消納，在此基礎(chǔ)上同時利用峰谷差價，廠用電-上網(wǎng)電價差，實現(xiàn)套利。目前電價差在0.6-0.7元以上可以盈利，這一方面主流是用磷酸鐵鋰電池，不參與調(diào)頻，安全性較好，可采用低倍率如0.5C電池，使用倍率越高，電池成本高。對于參與輔助服務(wù)市場，如調(diào)頻等方面的工作，調(diào)頻因為為短時大功率的充放電過程，若一次調(diào)頻次數(shù)很多，可使用飛輪、超級電容、鈦酸鋰電池等配合的儲能技術(shù)路線，都具有壽命長，功率相應(yīng)好的特點。或者飛輪、超級電容+磷酸鐵鋰電池可作為調(diào)頻的主力電源。目前，由于北京儲能事故，磷酸鐵鋰電池在用戶側(cè)的應(yīng)用應(yīng)注意安全設(shè)計和使用要求，同時，高頻次使用下的電池壽命不佳問題要積極關(guān)注。天然氣如果有供能側(cè)為熱源，采用儲熱如水儲熱(100度以儲熱如水儲熱(100度以內(nèi)),相變儲熱如水合無機鹽(110度以內(nèi)),石蠟(170度以內(nèi)),熔融鹽(150-650度)。建議以實高溫度儲熱，熱損牛主用用儲電+電取熱地?zé)峁岬責(zé)釅A性電解制氫技術(shù)最為成熟、成本最低，便于操作，但是耗能大，效率較低(60-75%)。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，堿性電解中，電耗約為4.5-5.5kWh/Nm3。對的特點，效率達到70-80%,